理想气体的压强、温度的微观意义.ppt

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1、1第七章第七章第七章第七章气体动理论气体动理论气体动理论气体动理论27-1.热力学系统、平衡态热力学系统、平衡态热力学系统：热力学系统：热力学的研究对象称为热力学系统，是热力学的研究对象称为热力学系统，是由大量刚性分子构成的质点系，采取统计平均的方法由大量刚性分子构成的质点系，采取统计平均的方法研究其热运动宏观微观关系及规律。研究其热运动宏观微观关系及规律。热平衡态：热平衡态：在外界条件一定的情况下，系统内部各处在外界条件一定的情况下，系统内部各处均匀一致，宏观性质不随时间均匀一致，宏观性质不随时间 t 改变。改变。7-2.热力学第零定律热力学第零定律 当当A、B分别与分别与C达到达到热平衡热

2、平衡态时，态时，A、B也必然达到也必然达到热平衡热平衡态，热平衡的这种传递性称为态，热平衡的这种传递性称为热力学第零定律热力学第零定律。它们具有共同的、稳定的宏观性质，称为它们具有共同的、稳定的宏观性质，称为温度温度。温标：温标：用于衡量温度高低，有热力学温标、摄氏温标、用于衡量温度高低，有热力学温标、摄氏温标、华氏温标。华氏温标。3 理想气体处于理想气体处于热平衡热平衡态下时，各状态参量之间的关态下时，各状态参量之间的关系。系。1.什么是理想气体什么是理想气体 理想气体是一种理想化的模型，它的模型有两种。理想气体是一种理想化的模型，它的模型有两种。宏观模型宏观模型温度不太低温度不太低压强不太

3、高压强不太高微观模型微观模型分子间的作用力不计分子间的作用力不计分子的体积不计分子的体积不计7-3.理想气体状态方程理想气体状态方程两种模型是等价的，两种模型是等价的，当气体的压强较低时，气体较稀薄，分子间的距离较大，则分子间的作用力可忽略不计，且分子间的距离远远大于分子本身的线度，分子的体积也可忽略不计。42.状态参量的含义状态参量的含义（1）压强）压强P 从力学角度描写气体状态的物理量。从力学角度描写气体状态的物理量。气体分气体分子作用于单位面积的压力。子作用于单位面积的压力。国际单位：国际单位：牛顿牛顿/米米2，Nm-2,帕（帕（Pa）1 Pa=1 Nm-2,常用单位常用单位大气压，大气

4、压，atm：1 atm=1.013105Pa其它单位：其它单位：托，托，Torr 1 Torr=1mmHg=1.333102Pa5国际单位：国际单位：米米3，m3常用单位：常用单位：升，升，l 1m3=103l（3）温度）温度T:从热学角度描写气体状态的物理量。从热学角度描写气体状态的物理量。国际单位：国际单位：绝对温标绝对温标 T 开，开，k常用单位：常用单位：摄氏温标摄氏温标 t 度，度，（4）物质）物质的量：摩尔的量：摩尔数数气体质量气体质量摩尔质量摩尔质量（2）体积）体积 V 气体分子气体分子活动的空间活动的空间体积。体积。对于对于理想气体理想气体分子大小不计，分子活动的空间体积就是分

5、子大小不计，分子活动的空间体积就是容器的体积容器的体积。单位：摩尔，单位：摩尔，mol6（5）普适气体恒量）普适气体恒量 R1摩尔气体在摩尔气体在标准状态下标准状态下：或或1摩尔的气体含有摩尔的气体含有 NA=6.0231023个分子。个分子。NA称为称为 阿弗加德罗常数。阿弗加德罗常数。7.理想气体理想气体.处在热平衡态处在热平衡态理想气体状态方程适用条件理想气体状态方程适用条件理想气体状态方程：单位要配套使用理想气体状态方程：单位要配套使用3.3.注意几点注意几点注意几点注意几点8例例1：一氧气瓶盛有体积为一氧气瓶盛有体积为 V1=30l，压强为压强为 P1=130 atm的氧气，若压强下

6、降到的氧气，若压强下降到P2=10 atm,就应停止使用就应停止使用重新灌气，有一车间每天用掉重新灌气，有一车间每天用掉 P3=1 atm、V3=40 l 的氧气，问这瓶氧气能用几天？设使用中温度不变。的氧气，问这瓶氧气能用几天？设使用中温度不变。解：解：由理想气体状态方程：由理想气体状态方程：原氧气瓶内质量原氧气瓶内质量氧气瓶剩余质量氧气瓶剩余质量每天使用氧气质量每天使用氧气质量使用的天数使用的天数使用的天数使用的天数91 1.气体的微观动力学模型气体的微观动力学模型气体的微观动力学模型气体的微观动力学模型从气体分子运动论出发运用力学规律和统计平从气体分子运动论出发运用力学规律和统计平均方法

7、，解释气体的宏观现象和规律，并建立均方法，解释气体的宏观现象和规律，并建立宏观量与微观量之间的关系。宏观量与微观量之间的关系。1.气体是由大量刚性分子（或原子）组成气体是由大量刚性分子（或原子）组成,分子分子在不停地作无规则的热运动。（小刚体模型）在不停地作无规则的热运动。（小刚体模型）2.分子之间只在发生碰撞时才发生相互作用，分子之间只在发生碰撞时才发生相互作用，而且是完全弹性碰撞，服从牛顿力学规律。而且是完全弹性碰撞，服从牛顿力学规律。7-4.气体分子动理论气体分子动理论10利用上述观点，若气体系统中有利用上述观点，若气体系统中有N个分子，每个分子个分子，每个分子质量为质量为 m0，气体质

8、量气体质量 m=Nm0 摩尔质量摩尔质量 M=NAm0压强压强P可以表示为可以表示为令：令：n 表示表示分子数密度，分子数密度，k 表示玻尔兹曼常数表示玻尔兹曼常数得到：得到：p=nkT11压强是由于大量气体分子对容器壁碰撞的结果。压强是由于大量气体分子对容器壁碰撞的结果。例如：例如：篮球充气后，球内产生压篮球充气后，球内产生压强，是由大量气体分子对球壁碰强，是由大量气体分子对球壁碰撞的结果。撞的结果。2 2、压强的统计解释、压强的统计解释、压强的统计解释、压强的统计解释可以由以下的假设导出气体的压可以由以下的假设导出气体的压强公式：强公式：1、分子在容器中运动服从经典力学规律。、分子在容器中

9、运动服从经典力学规律。2、除碰撞的瞬间外，分子与容器壁无相互作用，分子除碰撞的瞬间外，分子与容器壁无相互作用，分子之间无相互作用。之间无相互作用。3、气体分子与容器壁，气体分子之间的碰撞是弹性碰、气体分子与容器壁，气体分子之间的碰撞是弹性碰撞。撞。12分子在分子在 x 方向的平均速度：方向的平均速度：由于分子沿由于分子沿 x 轴轴正向正向和和 x 轴轴负向负向的运动概率是的运动概率是相同的，因此，在相同的，因此，在 x 方向上分子的平均速度为方向上分子的平均速度为 0。同样有同样有分子速度在分子速度在x方向的平方平均值：方向的平方平均值：统计学假设：统计学假设：13同理，分子速度在同理，分子速

10、度在y、z方向的平方平均值：方向的平方平均值：由于分子在由于分子在x、y、z三个方向上没有哪个方向的运动占三个方向上没有哪个方向的运动占优势，所以，分子的三个速度平方平均值相等。优势，所以，分子的三个速度平方平均值相等。分子速度的平方平均值为：分子速度的平方平均值为：14则则设长方形容器的边长分别设长方形容器的边长分别为为 x、y、z。体积为体积为 V，其其中有中有N 个分子，分子的质个分子，分子的质量为量为 m0，视为弹性小球视为弹性小球。单位体积内的分子数单位体积内的分子数n:15 1.跟踪一个分子，某一时刻的速跟踪一个分子，某一时刻的速度为度为 v，在在 x方向的分量为方向的分量为 vx

11、。2.分子以分子以 vx 向向A1面碰撞，面碰撞，并以并以 -vx 弹回，弹回，分子受分子受 A1面的冲量面的冲量由牛顿第三定律，由牛顿第三定律，A1面受到分子的冲量为面受到分子的冲量为:163.分子与分子与A2面发生碰撞后，又面发生碰撞后，又与与A1面发生碰撞，面发生碰撞，相继两次对相继两次对A1面碰撞所用的时间：面碰撞所用的时间：单位时间内对单位时间内对A1面的碰撞次面的碰撞次数为：数为：4.单位时间一个单位时间一个分子对分子对A1面面的冲量的冲量（即（即平均冲力平均冲力）为：）为：175.容器内容器内N个分子对器壁的平均冲力为：个分子对器壁的平均冲力为：6.A1面受到的压强为：面受到的压

12、强为：体积体积V为：为：则压强则压强上下同乘上下同乘 N 得得18由由和和压强公式：压强公式：分子分子平均平移平均平移(动）动能动）动能：压强公式压强公式又可表示为：又可表示为：19 注意几点注意几点注意几点注意几点1.压强是由于大量气体分子碰撞器壁产生的，它是对压强是由于大量气体分子碰撞器壁产生的，它是对大量分子统计平均的结果。对单个分子无压强的概念。大量分子统计平均的结果。对单个分子无压强的概念。2.压强公式体现了宏观量压强压强公式体现了宏观量压强 P 与微观气体分子运动与微观气体分子运动之间的关系。之间的关系。3.分子数密度越大，压强越大。分子数密度越大，压强越大。分子运动得越激烈，压强

13、越大。分子运动得越激烈，压强越大。20压强公式解释了宏观的压强与微压强公式解释了宏观的压强与微观的气体分子运动之间的关系。观的气体分子运动之间的关系。与与温度公式：温度公式：比较有比较有1.温度是对大量分子热运动的统计平均结果，对个别温度是对大量分子热运动的统计平均结果，对个别分子温度无意义。分子温度无意义。2.分子运动得越激烈，温度越高。温度是分子平均平分子运动得越激烈，温度越高。温度是分子平均平移（动）动能的标志。移（动）动能的标志。3、温度的统计意义、温度的统计意义214.由温度公式可计算某一温度下气体的方均根速率。由温度公式可计算某一温度下气体的方均根速率。3.不同气体温度相同，平均平动动能相同。不同气体温度相同，平均平动动能相同。例：例：求求 27 C 的空气方均根速率。（空气的摩尔质的空气方均根速率。（空气的摩尔质量为量为 29 g/mol）解：解：